新型纤维基弹性纳米发电机

纳米器件的发展需要与之匹配的纳米电源系统，自供能的纳米器件具有重要的应用价值。本研究将以弹性纤维为基底，利用低温化学法制备出氧化锌纳米线阵列与微米级纤维杂化的纳米结构，并以这种结构为基础开发出高性能的纤维基纳米发电机。同时，研制可利用人体内血管中血液流动来产生电能的弹性纤维基纳米发电机，从而为可折叠、可植入体内、自供能纳米器件的研制打下基础。

我们圆满了完成了项目任务书中的研究内容，实现了当初制定的研究目标。在该项目基金的资助下，三年来我们共发表学术论文15篇(详见正文部分)，其中SCI二区及以上期刊论文12篇，影响因子10以上的期刊论文5篇；获国家发明专利2项(见正文)；指导两名讲师成为副教授，出站一名博士后人员，毕业2名硕士研究生，正在培养6名博士研究生，6名硕士研究生。. 完成了以下研究内容：以弹性纤维为基底，制备了氧化锌纳米线阵列与微米级纤维杂化的复合结构，并以这种结构为基础开发出了高性能的纤维基纳米发电机。同时，研制出了可收集模拟人体血液流动的机械能并将其转化为电能的弹性纳米发电机，从而为可植入体内的自供能纳米器件研制打下了基础。此外，为了拓宽研究领域、更加深入地开展这一课题研究，我们完成了PZT等其它压电材料的制备、发电机设计、制作及测试、发电机生物相容性测试、多种发电机驱动方式的探索等方面的研究，同时也开展了纳米线紫外探测器等微纳功能器件以及自驱动纳米系统方面的研究工作。.（1）分别用液相法和气相法在纤维基底上制备出了尺寸均匀、晶轴一致取向的氧化锌纳米线阵列。同时，利用机械转移等方法制备了纤维上横向排列氧化锌纳米线的结构。.（2）通过在种子层下增加附着层、种子层和纳米线阵列之间用PDMS加固等方法成功地增强了纳米线阵列和纤维之间的附着力。加固之后纤维-纳米线杂化结构表现出很好的力学性能，用这种杂化结构制出的纳米发电机可以长时间工作而不损坏。.（3）设计了纤维基纳米发电机和二维纤维基弹性发电机，制作了“发电布”的原型。并且将二维“发电布”与纤维基紫外传感器相结合，演示了一个全纤维基的自供能纳米系统。.（4）制备了PZT单晶纳米线，进一步将其制作成了弹性纳米发电机，并用模拟血液流动时产生的脉动来驱动这种纳米发电机发电。.（5）用静电纺丝方法制备了PZT纳米纤维，用其制作了柔性可穿着的纳米发电机，输出电压达到6 V，并用其驱动了LCD。.（6）制作了磁力驱动的非接触式纳米发电机，研究了纳米发电机的多种驱动方式。.（7）用氧化锌纳米线在刚性和柔性基底上分别制作了高性能的紫外传感器，在保持高开关比的前提下提了高响应电流，为自供能纳米系统提供功能器件模块。.（8）用集成的纳米纤维阵列制备了高输出纳米发电机，输出电压达到209 V，可以直接点亮发光二极管(LED)。